Direkte Numerische Simulationen der turbulenten, gemischten Konvektion im Aachener Modellraum

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Zur Verbesserung des Raumklimas in Gebäuden, Fahrzeugen und Flugzeugen werden in der Industrie sowohl aufwendige Versuche als auch nicht immer zuverlässige „Reynolds-averaged Navier- Stokes“ Simulationen (RANS) der turbulenten gemischten Konvektion in den jeweiligen Innenräumen durchgeführt. Mit den in der ersten Förderperiode bereit gestellten Methoden soll erstmals die turbulente, gemischte Konvektion in dem kompletten Aachener Modellraum für eine ausgewählte Parameterkombination (Geschwindigkeit und Temperatur der Zuströmung und Wärmeabgabe der Heizelemente) mittels Direkter Numerischer Simulation (DNS) im Detail untersucht werden. Zusätzlich sollen für andere Parameterkombinationen Large-Eddy Simulation (LES) durchgeführt werden. Durch Analyse der berechneten Strömungsfelder soll am Beispiel des Prinzipexperiments „Aachener Modellraum“ und in enger Zusammenarbeit mit den Teilprojekten A-1, A-5 und B-1 (Miniatur- Modellraum der TU Ilmenau) die Entstehung von kohärenten Strukturen in turbulenter, gemischter Konvektion und deren Einfluss auf den Wärmetransport studiert werden. Mit den für die zweiten Förderperiode beantragten DNS und LES im Rayleigh-Zahlbereich 108 < Ra < 1010 und Reynolds- Zahlbereich 104 < Re < 105 wird das Blickfeld auf die im Aachener Modellraum nicht realisierbaren niedrigen Rayleigh- bzw. Reynolds-Zahlen einerseits und um das schwer messbare gesamte räumlich-zeitliche Strömungsfeld andererseits erweitert. Schließlich soll durch Analyse und Vergleich der berechneten und gemessenen Strömungsfelder das physikalische Verständnis für die Entstehung und zeitliche Entwicklung von kohärenten Strukturen in turbulenter gemischter Konvektion verbessert werden.